股票配债怎么买 这位河北人,改变了北京
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点击收听本新闻听新闻今天,北京遭遇了强降水,有关部门发布暴雨黄色预警,许多路段遭遇了内涝。700多年前的北京,面临更加复杂严重的水患。今天的永定河,在当时因经常泛滥改道,得名“无定河”。
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然而,一位来自河北的科学家有效缓解了永定河的水患,也彻底改变了北京及周边的水系。他就是郭守敬。
北京的很多地名,和郭守敬主持的水利工程有关,比如“积水潭”。地铁2号线有积水潭站,还有一座积水潭医院。今天的北京,虽然没有一片叫做积水潭的水域,但二环内的什刹海,正是积水潭的残余。
今天的什刹海,被分割为前海、后海、西海三块封闭的小水域,水面上偶有几艘游船。然而700多年前的积水潭,却是一片十分开阔的水域,而且船舶众多,当时的人甚至用“舳舻蔽水”来形容。这里,曾经是京杭大运河的终点。
夏日,什刹海一景(图:图虫创意)▼
郭守敬不仅能治水,而且擅长天文、历法,他的很多发明,对后世影响深远。
被郭守敬改变的北京城
郭守敬(1231年—1316年),河北邢台人,和元世祖忽必烈是同时代人。忽必烈营建大都时,北方经济凋敝,京师十分依赖于南方的物资,但此时大运河已经不能通航。郭守敬的一项重要任务,就是将大运河通到大都城内。
隋唐时期的大运河是以洛阳为中心的,淮河以北的通济渠向西通到洛阳,与黄河以北的永济渠共同构成一个大弯角。当时的大运河这样布局,显然是有利于向洛阳、长安运输物资的,并且方便隋唐王朝控制全国。
隋代运河系统(图:《大运河画传》)▼
南宋初年时,宋军为了阻挡金兵南下,决开黄河,导致黄河夺淮入海。黄河泥沙淤塞了运河,再加上宋金长期对峙,淮河以北的运河无法同航。
到了元朝定都大都,政治中心北移,再去疏浚原来的运河意义便不大了。于是,郭守敬经过缜密勘查后,采取裁弯取直的方式,使运河不再经过洛阳,而是走山东进入海河流域。
元代大运河历史地图(图:《大运河画传》)▼
经过郭守敬和无数劳工的努力,运河终于通到了通州。但是从通州到大都这段依旧很不容易。原因在于大都地势比通州高得多。这就涉及到两个问题,一是怎样让船爬坡,二是怎样保证大都方面的水量。
为了解决第一个问题,郭守敬改进了升船闸,在通州通往大都的运河上设立了24道船闸,改用石闸门,分段控制水位,利用连通器原理让船舶实现“爬坡”。
通惠河二十四闸(图:北京郭守敬纪念馆)▼
为了保障水量,郭守敬主持修建了白浮泉引水工程。这一工程的水源,是位于昌平山区的白浮泉,为了保证泉水能到达大都城内,水渠沿着山麓走了一个C字型。如果走直线的话,中间有一段海拔很低的区域,水就到不了大都城。白浮泉沿着水渠到达瓮山泊(就是今天昆明湖),再从瓮山泊引到大都城内。
拐出一个大大的“C字型”
(图:北京郭守敬纪念馆)▼
当时的积水潭,就是大都内部的一个湖泊,白浮泉的水最终到达了这里,京杭大运河的终点也在这里。所以,700多年前的积水潭“舳舻蔽水”,来自江浙地区的船舶在这里停泊卸货。积水潭作为大运河的终点,也带动了钟鼓楼地区的商业繁荣。
从图中可见,当时的积水潭面积不小
(底图:北京郭守敬纪念馆)▼
后来明成祖朱棣营建北京,将城墙南移,不得不填平了积水潭的西段,但由于地基十分松软,无法建筑城墙,所以明清北京城的西北角缺了一小块。而积水潭的东段由于失去了航运价值,日益萎缩,最终形成了今天的什刹三海。
与元大都相比,明清北京城偏南▼
郭守敬的另一项成就,是治理永定河。永定河作为北京的母亲河,季节性变化很大,脾气喜怒无常。刚刚过去的暴雨和洪灾,充分证明了永定河的暴虐。但是忽必烈营建大都,许多建材需要通过水运,而引永定河水是最可行的办法。
事实上,早在金朝时,人们就曾试过引永定河水,却以失败告终。因为永定河水过于汹涌,且含沙量很大,无法行船。金朝人开的这条河叫做“金口河”。
1265年,郭守敬向忽必烈建议重开金口河,得到了赞赏,并被授权全面负责元朝的水利工程。郭守敬吸取金人的教训,在金口的上游麻峪村附近,预先开引一个减水口,从减水口向西南再凿一段又深又广的水渠,重新连接金口以下的永定河。
减水渠示意图(图:北京郭守敬纪念馆)▼
这样,洪水来袭时,就可以从减水口把洪水分出去一部分,使这些水在金口下游回归主河道,从而避免洪水直接灌入金口河,威胁到都城的安全。由此,导永定河水入护城河,为营建大都提供了一条重要的运输通道。
但元朝时的永定河还是过于暴虐,考虑到都城的安全,朝廷最终决定关闭金口。从1266年到1301年,金口河总共用了35年。
今日,永定河畔永定楼(图:图虫创意)▼
今天北京的水系,除了天然河道外,大多是郭守敬主持修建的。在修建这些水利工程的过程中,郭守敬发明了很多有用的东西。比如说“海拔”这个概念,就是郭守敬最先提出的。他以海平面高度作为高程起算的基准面,在世界测绘史上具有重要意义。
(图:北京郭守敬纪念馆)▼
“四海测验”与《授时历》
郭守敬的另一项重要成就是观测天文。古人说:“工欲善其事,必先利其器”,郭守敬首先是改进了观察仪器。
元代以前用于确定星体坐标的浑仪,把测量道坐标、地平坐标和黄道坐标等多种不同坐标的机构都装在一个系统内。导致一个球面空间被安装了八九个圆环,制造、使用都很不方便,还遮挡视线。
而郭守敬改进发明的“简仪”,将把地平坐标与赤道坐标分为两个独立的装置,解决了这些问题,还利用滚珠轴承,使之转动更灵活,观测更加精确。
简仪,长这样(图:图虫创意)▼
另外,郭守敬还改进了古人观测日影的工具圭表。古人通过日影长短,可以划分节气,推算历法。为了提高测量精度,郭守敬增加了圭表的高度,并且发明了一个叫“景符”的辅助仪器。这种改进版的圭表叫做“高表”。
此外,郭守敬还发明了仰仪、窥几等观测仪器。利用这些仪器,郭守敬观测出了前人未命名的星体一千余颗。
仰望漫天星宿,郭守敬会作何感想呢?
(图:图虫创意)▼
众所周知,元朝的版图是历代王朝中最大的,这么大的版图,对于天文观测是十分有利的。
1279年,郭守敬向忽必烈建议:“唐朝开元年间,僧一行曾在全国13处观测点进行天文观测,如今元朝的疆域比唐还大,如果不分赴各地进行实测,就不能了解日月食的时刻和食分数、各地昼夜长短的差距,以及日月星辰在天球上的位置。”
这项建议得到了忽必烈的赞同,由此便开始了一项叫做“四海测验”的大规模天文观测活动。郭守敬在元朝广袤的版图上设立了27个测影所。这些测影所分布在不同纬度。通过观测当地的日影长短,就能计算出地球的半径。
图中北海测影所位置根据谭图修改
(底图:北京郭守敬纪念馆)▼
其中最北部的测影所叫做北海测影所。它的位置意味着元朝实际控制疆域的北部极限。根据测量结果,北海测影所的纬度是北纬64°左右,非常靠近北极圈(66°34′),应该处在西伯利亚腹地。根据元朝史料,北海测影所以北有一座日不落之山,山名显然是指极昼现象,说明这座山位于北极圈内。
最南边的测影所叫做南海测影所,纬度在北纬15°左右,具体位置位于西沙群岛,可能是元朝实际控制疆域的最南边。
这27座测影所唯一保存至今的,就是河南登封的观星台。
星空下,河南登封观星台(图:图虫创意)▼
“四海测验”的成果,就是1281年开始实行的《授时历》。值得注意的是,《授时历》与中国传统农历不同,是以地球公转周期为一年的太阳历,和今天的公历相似。
《授时历》以365.2425天为一年,与地球公转周期只差了26秒。这一数值,与西方通行的公历相同,却早了301年。
《授时历》还纠正了中国传统历法的许多弊端,创造了许多记录,是中国古代最精确的一部历法。元朝灭亡后,明朝的《大统历》只是换了个名字,实际上继续沿用这部历法。
此历法因古语“敬授人时”而得名
(图:北京郭守敬纪念馆)▼
伟大科学家的一生
郭守敬的一生,足迹遍及半个中国,完成大小百余处河渠泊堰的治理,科技成就有二十几项遥遥领先于世界水平。1316年,86岁高龄的郭守敬病逝在工作岗位上。
郭守敬小时候就已经表现出过人的天赋,在十五六岁时,就曾根据书上的一幅图,用竹篾扎制出一架测天用的浑仪。十七八岁的时候,郭守敬又照着一副拓印动手做出了一种计时器——莲花漏。
超强的动手能力(图:北京郭守敬纪念馆)▼
但是,这位伟大科学家的成长路上,离不开两位贵人的提携。第一位是郭守敬的祖父郭荣,郭荣本人精通数学、水利,郭守敬父母早逝,在祖父的抚养和教育下,在天文、数学、水利等方面青出于蓝。
后来,郭荣把孙儿推荐给了刘秉忠。这位刘秉忠是郭守敬的同乡,以僧人的身份担任忽必烈的高级幕僚,后来成为了营建元大都的总负责人。
当时,刘秉忠因父丧回乡守制,在邢州西边的紫金山书院讲学。郭守敬通过祖父的推荐,拜在了刘秉忠的门下。比他年长的同学还有张文谦、王恂、张易等人,这五个人日后都成为了元朝在天文、历法、水利方面的能臣,被后世称为“紫金山五杰”。
(图:北京郭守敬纪念馆)▼
其实,郭守敬能成长为一位伟大的科学家,还应该感谢那个时代。元朝的科举时开时废,这就导致当时的读书人并不醉心于钻研儒家经典,而是去研究水利、天文、历法、数学等有利于国计民生的实用科学。况且郭守敬的很多提议都得到了忽必烈的全力支持,这是他有如此大成就的重要因素。
为了纪念郭守敬的成就,国际天文学组织把月球背面的一座环形山和太空中编号为2012号的小行星以郭守敬的名字命名。2010年,中国将新研制的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜命名为“郭守敬望远镜”。
郭守敬的智慧之光,至今仍在闪耀
(图:北京郭守敬纪念馆&Flickr@LuFeng)▼
北京有一座郭守敬纪念馆,就位于西海北面的一座小山上,距离积水潭站C口很近。这座建筑始建于元代,郭守敬曾长期在此主持全国的水利建设。如今,馆中的陈设默默向世人诉说这位科学家一生的贡献。
北京郭守敬纪念馆掠影,感受一下
(图:北京郭守敬纪念馆)▼